氘作为一种重要的原料在核聚变反应堆中发挥着重要的作用，但其利用率远低于10%。同时，氘在其他领域中也有广泛的应用，例如在同位素示踪、中子散射和质子核磁共振光谱等方面。然而，由于氢同位素分子的大小和物理性质几乎相同，所以氢同位素的分离面临着巨大的挑战。目前，成熟的氢同位素分离技术主要包括低温精馏、重水电解和热置换色谱法等等，但这些技术仍存在能耗高、分离系数低等问题。近年来，基于物理吸附的微孔材料，因其能在较高温度下（≥ 77 K）实现氢同位素的分离，大大降低能耗，因此受到了人们越来越多的关注。金属有机框架（MOFs），由于其比表面积大，孔径可调，表面可修饰，以及强的结合位点等优点而广受欢迎。中科院福建物构所袁大强研究员、上海大学副教授何翔等首次采用低温气体穿透实验装置，以MOFs材料作为吸附剂，实现了氘气低成本、低能耗的纯化和富集。本研究采用单一配体构筑了一例具有罕见的CHA拓扑结构的微孔铜基MOF（FJI-Y11）。由于框架中孔道的限制直径非常小，活化后裸露金属位点不会再次受到水分子的攻击，因而该材料显示出非常高的化学稳定性。框架中两个强作用位点的存在同时结合合适的孔空间使得其具有高的氢同位素吸附容量，同时也显示出优异的D2/H2分离性能。在77 K常压下的动态气体穿透实验进一步证明了该框架可以在高通量条件下有效地分离重氢同位素并将其储存在孔内。本研究证明了以MOF作为吸附剂，利用变压吸附技术实现氢同位素分离的可能性。
袁大强，博士，中科院福建物构所研究员，入选中科院百人计划择优支持、入选第五批福建省引才百人计划、获得第23届福建运盛青年科技奖。主要从事新型晶态多孔材料(包括分子笼、金属有机框架及共价有机框架等)的合成与应用研究，已在J Am Chem Soc、Angew Chem Int Ed、Nat Commun等刊物上以第一/通讯作者发表论文70余篇。何翔，女，博士，上海大学副教授，长期致力于多孔材料的合成及应用研究。Yanan Si, Xiang He*, Jie Jiang, Zhiming Duan, Wenjing Wang, and Daqiang Yuan*. Highly effective H2/D2 separation in a stable Cu-based metal-organic framework. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-019-2571-9.
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